Modernissa tiedeyhteisössä on useita teorioita menetelmästä, jolla tietoja voidaan välittää vanhemmilta jälkeläisille: aallosta futuristiseen supermindiryhmään. Se tosiasia, että DNA-molekyylit ovat materiaalinen perusta organismien jatkuvuudelle, ei kuitenkaan aiheuta kiistaa. Tämän artikkelin tarkoitus on ymmärtää, miten tiedeyhteisössä on muodostunut todisteita DNA: n geneettisestä roolista ja mistä ne ovat.
Hieman teoriaa ei-biologille
DNA: n roolin perinnöllisyydessä todistamisen aiheen ja sen ymmärryksen ymmärtämiseksi muistamme vain joitain tekstissä käytettyjä yleisiä käsitteitä ja termejä. Molekyylibiologit ja muut ammatilliset biologit eivät välttämättä lue tätä osaa - käsitteet annetaan yksinkertaistetussa versiossa lukijoiden kiinnostuneelle osalle. Vaikka nykyaikainen biologian erikoistuminen on nykyään kasvanut niin paljon, että ammattimainen ympäristönsuojelija ei aina murtu ymmärtämään evoluutiomekanismien ydintä, eikä botaanikot ymmärrä sammakon alkion kehityksen erityispiirteitä. Joten nämä ovat termit:
- DNA (deoksiribonukleiinihappo) ja RNA (ribonukleiinihappo) ovat pitkiä ja suuria molekyylejä, jotka koostuvat monomeereistä - nukleotideista.
- DNA: ta ja RNA: ta kutsutaan nukleiinihapoiksi.
- DNA ja RNA muodostuvat vain neljä nukleotidia (kolme identtistä, yksi erilainen DNA: ssa ja RNA: ssa) - nukleotidit ovat universaalia kaikille planeetan eläville asioille. Nämä ovat monimutkaisia orgaanisia yhdisteitä typpipohjaisesta emäksestä, hiilihydraattijäännöksestä ja fosforihaposta. Niitä kutsutaan adeiiniksi, guaniiniksi, tymiiniksi ja sytosiiniksi (urasiiliksi).
- Nukleotidit muodostavat kolmioita - ne koodaavat yhtä aminohappoa kahdestakymmenestä.
- Tripletit muodostavat ketjuja nukleiinihappojen koostumuksessa, mikä vastaa aminohappoketjua tai yhtä erityistä proteiinia. Proteiinit ovat planeetan elämän perusta, ne ovat spesifisiä ja ainutlaatuisia.
- Geeni on nukleiinihapon pala, joka vastaa yhdestä proteiinista.
- Genomi - kehon kaiken geneettisen materiaalin kokonaisuus.
Hieman historiaa
Sveitsiläinen biologi F. Miescher näki vuonna 1869 ketjut pus-solujen (leukosyytit) ytimissä, joita hän kutsui nukleiinihapoiksi.
Saksalainen A. Kassel biokemikkona laski niiden koostumuksen: sokeri, fosforihappo ja viisi typpipohjaista emästä. Hän vuonna 1891 osoitti, että nukleiinihappoja on kaksi - DNA ja RNA. Näistä löytöistä vuoteen 1953 saakka tehtiin tutkimuksia nukleiinihappojen kemiallisesta koostumuksesta ja rakenteellisesta järjestäytymisestä. Tämän ajanjakson kuuluisat sukunimet ovat F. Leuven, A. Todd, E. Chargaff. F. Griffithin (1928) aloittamat ja O. Averyn, C. MacLeodin ja M. McCarthy (1944) jatkamat kokeet tarjosivat todisteita DNA: n roolista geneettisen tiedon siirrossa, lisää siitä myöhemmin. Amerikkalaiset J. Watson ja F. Crick ehdottivat vuonna 1953 mallia DNA-rakenteesta kaksinkertaisesti kierretyn kierukan muodossa, joka jopa oli tiedossa koulupoikalle. Siinä kaikki, molekyylibiologia syntyi!
Proteiinista DNA: han
Tuolloin nukleiinihapot näyttivät oudolta materiaalilta solun ytimessä. He eivät tienneet, eivätkä vielä vähemmän etsineet todisteita nukleiinihappojen geneettisestä roolista, mitä näitä muodostumia tarvitaan. Proteiineja, jotka koostuvat aminohapoista ja joilla on monimutkaisempi kemiallinen rakenne, on jo löydetty. Juuri proteiineja pidettiin perinnöllisen tiedon kantajina.
Perinnöllistä tietoa sisältävä aineisto epäili ensimmäisenä englantilaista bakteriologia F. Griffithiä vuonna 1928. Ja vaikka hän ei pystynyt tarjoamaan vakuuttavia todisteita DNA: n geneettisestä roolista, hänen kokeilunsa ansaitsevat huomion.
Griffith-pneumokokkikannot
Englannista peräisin oleva bakteriologi Frederick Griffith infektoi hiiret Pneutnococcus pneumoniae-viruksilla, jotka aiheuttivat heissä keuhkokuumeen, ja eläimet kuolivat. Pneumokokkeja on kahdessa muodossa - tarttuva (virulentti) ja ei-tarttuva (avirulentti). Nämä muodot on helppo erottaa. Virulenttisessa pneumokokissa on mukopolysakkaridikapseli, joka suojaa solua. Avirulentteilla kapseleilla ei ole eikä pysty puolustautumaan hiiren immuunisoluilla, siksi hiirillä ei kehittyy keuhkokuumetta. Tuon ajan postulaatti: kuumennetusta virulenttisesta pneumokokista tulee avirulentti. Biologi tartuttaa hiiret kuumennetun virulentin kannan ja elävän avirulentin (kapseliton) seoksella. Hiiret kuolevat. Kehossaan tutkija havaitsee elävät pneumokokit kapselikuorella. Griffithin johtopäätös: kuolleista virulenteista pneumokokista eläviin, mutta kapselittomiin muotoihin välittyy jotain (“muuntava aine”), joka “muuntaa” virusvirukset muodollisiksi virulenteiksi, joilla kiinteä ominaisuus on perinnöllinen (pneumokokit moninkertaistuvat nopeasti: ruumiista löytyneet) hiiret - ensimmäisen sadannen sukupolven). Ja koska viruksilla ei ole rakenteessa muuta kuin nukleiinihappoja (DNA ja RNA), itse asiassa F. Griffith omistaa ensimmäiset todisteet DNA: n ja RNA: n geneettisestä roolista, vaikka hän kutsui heitä ”transformoiviksi aineiksi”. Muista, että näin tapahtui vuonna 1928.
Kokeellinen näyttö DNA: n roolista tiedonsiirrossa
Melkein sama asia, jonka Griffith teki, vain ilman köyhiä hiiriä, tekivät vuonna 1944 O. T. Avery, K. M. MacLeod ja M. McCarthy. New Yorkissa, Rockefeller Medical Medical Institute -instituutissa, he saivat in vitro (in vitro) puhtaan Griffithin transformointiaineen tapettuista virulenteista muodoista ja sekoittivat sen jälleen in vitro avirulentteihin muotoihin. Saanut kapseloituja taudinaiheuttajia. Ja sitten tutkimme tämän saman aineen koostumusta. Aluksi he todistivat, että se ei ollut proteiinia ja että sinänsä oli jo innovaatio. No, sitten he päättelivät, että tämä aine on nukleiinihappo. Nämä amerikkalaiset kokeet ovat suora todiste DNA: n geneettisestä roolista perinnöllisen tiedon välityksessä. Mutta ei ainoita, joita tiede pitää klassikoina.
Toinen klassinen todiste DNA: n geneettisestä roolista
Ensimmäinen, jonka olemme jo kuvanneet - nämä ovat Avery - MacLeod - M. McCarthyn kokeiluja.
Biologian klassikot - kaksi muuta kokeilua suorana todisteena DNA: n geneettisestä roolista. Kuvaus on pienennetty kohtaan.
Amerikkalainen geneetikko Alfred Hershey sai Nobel-palkinnon (1969) näistä kokeista. Mielenkiintoinen Hersheyn ja Martha Chasen kokeilusarja, joka tehtiin vuonna 1952 Washingtonin yliopistossa St. Louisissa bakteereilla ja bakteriofaageilla, jotka on merkitty radioaktiivisella fosforilla ja rikillä. Heidän havaintonsa, että bakteriofagi-DNA tunkeutuu bakteereihin ja luo uusia bakteriofageja, on klassinen todiste DNA: n geneettisestä roolista.
Kolmas kokemus
Saksalainen amerikkalainen biokemisti Heinz Ludwig Frenkel-Konrat sai Lasker-palkinnon (1958) tutkimuksestaan. Kalifornian yliopistossa vuonna 1957 hän suoritti kokeita tupakan mosaiikkiviruksen kanssa. Niiden kaavio on samanlainen kuin Griffithin. Hänen saavutuksensa on, että hän osoitti RNA: n osallistumisen perinnöllisen tiedon välittämiseen.
Mielenkiintoisia nykyaikaisia todisteita
Moderni molekyylibiologia ja genetiikka tarjoavat meille jatkuvasti uusia todisteita DNA: n geneettisestä roolista. Seuraavassa on esitetty joitain erittäin mielenkiintoisia, odottamattomia ja vaikuttavia faktoja modernin tieteen tutkimuksista, jotka todistavat tavalla tai toisella DNA: n roolin organismin muodostumisessa.
Vuonna 2007 tutkijat pystyivät eristämään osan sammakkoeläimen DNA: sta, joka vastaa silmän muodostumisesta. Nykyään siellä on jo salamantereita, joilla on silmät jaloillaan ja hännänsä.
Vuohien genomissa tutkijat implantoivat verkkoproteiinista vastuussa olevan hämähäkkigeenin, koska tämän proteiinin vaikutuksesta ilmeni vuohien maitoon. Erikoisjalostuksen ja proteiinin erottamisen jälkeen maidosta muodostuu hämähäkkisilkki.
Hollantilaiset kasvattivat lehmiä, joiden ihmisen geeni on vastuussa naisten erityisestä maitoproteiinista - laktoferriinistä. Tällä proteiinilla on tärkeä rooli imeväisten primaarisessa immuniteetissa. Lehmänmaidon testaus jatkuu, mutta sen näkymät lääketieteessä ovat vaikuttavat.
Kiinalaiset tutkijat ovat kasvaneet kaksi vihreään valaistua porsaa, joka täydentää porsaan alkion geeniä fluoresoivalla meduusan proteiinigeenillä.
Vuonna 2008 maailmalle levisi uutinen keinotekoisesti modifioidun perimän lapsen syntymästä. Tämä tapahtui Lontoossa, jossa nainen suostui kokeeseen alkion genomissa havaittujen geneettisten poikkeavuuksien takia.
Ihmisen kimeeria on olemassa. Vuonna 2002 tehdyssä isyysyyttä koskevassa DNA-testissä testi osoitti, että amerikkalainen Lydia Fairchild ei ole syntymättömän lapsen äiti. Tutkimukset toistettiin, mutta analyysi osoitti samat tulokset. Kävi ilmi, että Lydian kehossa kehittyi kaksi munaa, hedelmöitetyt erilaisilla siemennesteillä ja sulautuneet ontogeneesin alkuvaiheissa. Siksi hänen ruumiinsa koostuu kudoksista ja soluista, joilla on erilainen kromosomiryhmä.
Jokainen tietää isyyden DNA-testauksesta tai oikeuskäytännössä. Mutta DNA-testejä käytetään myös tuotteiden aitouden tarkistamiseen. Voit esimerkiksi asettaa kaviaarin tai viinirypäleiden keräyspaikan hienolle viinille.
Maailmassa on 4 perhettä, joiden jäsenillä ei ole sormenjälkiä. Adermatoglyfia johtuu yhden geenin harvinaisesta mutaatiosta.
Ihmisen unen ja hereillä olevan vuorottelu hallitsee hDEC2-geeniä, sen mutaatio vähentää unentarpeen 4 tuntiin.
Kryogenetiikka on onnistunut kloonaamaan hiiri, joka on jäädytetty 16 vuoden ajan. Tutkijat eivät ole oppineet "polaaritutkijoita" elvyttämään, mutta voit kloonata heidät.
Ja vähän ainutlaatuisimmasta molekyylistä
- 10 miljardia kilometriä maasta Plutoon ja päinvastoin - tämä on ihmisen DNA: n pituus, jos se hajoaa.
- On mahdollista tulostaa koko ihmisen genomi nopeudella 8 merkkiä sekunnissa, työskentelemällä 8 tuntia päivässä 50 vuoden ajan.
- Kaikki digitaalisessa muodossa tallennetut tiedot maailmassa mahtuvat kahteen grammaan DNA: ta.
- Avaruusasemalle tallennetulle "kuolemattomalle" kiintolevylle onnettomuuden sattuessa sijoitetaan kuuluisten ihmisten, kuten Stephen Hawking ja Lance Armstrong, DNA.
- Jokaisessa kehomme solussa jokaiselle DNA-molekyylille tehdään erilaisia vaurioita noin miljoona kertaa päivässä. Olemme kuitenkin edelleen elossa - oi, ihme!
Yhteenvetona
Molekyylibiologian onnistumisista ja DNA: n tietämyksestämme huolimatta ihmiskunta ei vielä tiedä vastauksia moniin kysymyksiin. Kuka tietää, mitkä löydöt odottavat meitä tulevaisuudessa, pääseekö ihmiskunta eroon perinnöllisistä sairauksista ja voittaako ikääntyminen ...